Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Bioelektrochemische und konventionelle Bioremediation von Umweltschadstoffen

John M. Pisciotta und James J. Dolceamore Jr

Chemische Schadstoffe können die Gesundheit von Mensch und Umwelt beeinträchtigen. In Sedimenten können Schadstoffe wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Schwermetalle und Pestizide eine Reihe toxischer Wirkungen auf anfällige Organismen ausüben. Bestimmte Chemikalien, darunter Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT), verschiedene Arzneimittel und endokrin wirksame Stoffe (z. B. Nonylphenol), sind in Sedimenten hartnäckig, was ihre Entfernung erschwert. Stoffe wie Dioxine reichern sich in pflanzlichen und tierischen Geweben an, die für den menschlichen Verzehr verwendet werden. Bei der traditionellen Bioremediation werden angewandte oder autochthone Organismen eingesetzt, um solche Umweltschadstoffe abzubauen oder in weniger gefährliche Formen zu überführen. Bakterien, Pilze und Phototrophe können als kostengünstige, sich selbst replizierende Katalysatoren verwendet werden, um Schadstoffe zu metabolisieren oder anderweitig zu neutralisieren. Bakterien sind besonders nützlich, da metabolisch vielseitige Vertreter, darunter verschiedene Actinomyceten-Arten, Sporen bilden, gegen mehrere Schadstoffe resistent sind und unter einer Vielzahl von Umweltbedingungen überleben. Leider hat die konventionelle Bioremediation gewisse Nachteile, wie etwa Schwierigkeiten bei der Überwachung von Prozessen unter der Oberfläche. Diese können durch den Einsatz mikrobieller bioelektrochemischer Systeme (BES) überwunden werden. Neuere Studien zeigen, dass BES wie Sediment-Brennstoffzellen (sMFCs) die Bioremediation beschleunigen und gleichzeitig den Stoffwechsel der Schadstoffe direkt mit der Erzeugung erneuerbarer Bioelektrizität verbinden können. BES können außerdem als empfindliche Schadstoff-Biosensoren für die Fernüberwachung des Fortschritts über vorhandene drahtlose Netzwerke dienen und so die Optimierung der Bioremediation erleichtern. Hier überprüfen wir die jüngsten Fortschritte bei konventionellen und bioelektrochemisch vermittelten Bioremediationstechnologien für gängige Schadstoffe mit einem Schwerpunkt auf hartnäckigen organischen Schadstoffen in Sedimenten. Neue Fragen, Chancen und Nachteile im Zusammenhang mit mikrobiellen BES-Technologien werden hervorgehoben. Der Einsatz von BES zur Sanierung chemisch unterschiedlicher Schadstoffe hat sich als wirksam erwiesen; es besteht jedoch weiterhin Bedarf, Einschränkungen hinsichtlich der Anlaufzeit des BES-Prozesses, der Skalierung und des Designs, der Fernüberwachung und der Kosten für BES-Elektroden und -Katalysatoren zu überwinden.